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高中第三章 相互作用——力5 共点力的平衡同步练习题
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这是一份高中第三章 相互作用——力5 共点力的平衡同步练习题，文件包含培优分级练高中物理人教版2019必修第一册第5课《共点力的平衡一-静态平衡》培优分阶练原卷版docx、培优分级练高中物理人教版2019必修第一册第5课《共点力的平衡一-静态平衡》培优分阶练解析版docx等2份试卷配套教学资源，其中试卷共46页， 欢迎下载使用。
第5课 共点力的平衡（静态平衡）
课后培优练级练
培优第一阶——基础过关练
1.(多选)如图所示，固定斜面上有一光滑小球，与一竖直轻弹簧P和一平行斜面的轻弹簧Q连接着，小球处于静止状态，则关于小球所受力的个数可能的是( )
A．1 B．2 C．3 D．4
解析：选BCD 设小球质量为m，若FP＝mg，则小球只受拉力FP和重力mg两个力作用；若FP
A.G B.G C.G D．G
解析：选A 由对称性知，地面对A、B、C每个球的支持力相等，设为FN，对整体受力分析，据平衡条件可得3FN＝4G，可知地面对每个球的支持力FN＝G。据牛顿第三定律可得，球A对地面的压力F压＝FN＝G，故A正确。
3．如图所示，光滑半球形容器固定在水平面上，O为球心。一质量为m的小滑块，在水平力F的作用下静止于P点。设滑块所受支持力为FN，OP与水平方向的夹角为θ。下列关系式正确的是( )
A．F＝ B．F＝mgtan θ
C．FN＝ D．FN＝mgtan θ
[解析] 法一：合成法
滑块受力如图甲所示，由平衡条件知：＝tan θ，＝sin θ，解得F＝，FN＝。
法二：分解法
将滑块所受重力按产生的效果分解，如图乙所示，F＝G2＝，FN＝G1＝。
[答案] A
4．如图所示，一卡车沿倾角为15°的下坡路段匀速行驶，一质量为m的匀质圆筒置于车厢内两固定光滑斜面之间，两斜面Ⅰ、Ⅱ与车厢底板的夹角分别为30°和60°，圆筒对斜面Ⅰ、Ⅱ压力的大小分别为F1、F2，则( )
A．F1＝mg、F2＝mg
B．F1＝mg、F2＝mg
C．F1＝mg、F2＝mg
D．F1＝mg、F2＝mg
解析：选A 对圆筒受力分析如图所示，
由几何关系可得F1、F2与竖直方向夹角都为45°，由平衡条件可得
F1＝mgcos 45°＝mg，
F2＝mgsin 45°＝mg，
所以A正确，B、C、D错误。
5.如图所示，质量为M的四分之一圆柱体放在粗糙水平地面上，质量为m的正方体放在圆柱体和光滑墙壁之间，且不计圆柱体与正方体之间的摩擦，正方体与圆柱体的接触点的切线与右侧墙壁成θ角，圆柱体处于静止状态。则( )
A．地面对圆柱体的支持力为Mg
B．地面对圆柱体的摩擦力为mgtan θ
C．墙壁对正方体的弹力为
D．正方体对圆柱体的压力为
解析：选C 以正方体为研究对象，受力分析，并运用合成法如图所示。
由几何知识得，墙壁对正方体的弹力N1＝
圆柱体对正方体的弹力N2＝，根据牛顿第三定律，
则正方体对圆柱体的压力为
以圆柱体和正方体为研究对象，竖直方向受力平衡，
地面对圆柱体的支持力：N＝(M＋m)g
水平方向受力平衡，地面对圆柱体的摩擦力：
f＝N1＝，故C正确。
6.如图所示，对称晾挂在光滑等腰三角形衣架上的衣服质量为M，衣架顶角为120°，重力加速度为g，则衣架右侧对衣服的作用力大小为( )
A.Mg B.Mg
C.Mg D．Mg
解析：选B 以衣服为研究对象，受力分析如图所示，
由几何关系得F与竖直方向的夹角为30°，由共点力的平衡条件可得，2Fcos 30°＝Mg，解得F＝Mg，故选项B正确。
7．(多选)两轻杆通过铰链相连构成一个三角形框架，AB、BC、CA三边长度分别为30 cm、20 cm、40 cm，在A点用一细线悬挂1 kg的物块，系统处于静止状态，则(g取10 m/s2)( )
A．AB杆对A点有沿杆从B点指向A点的弹力
B．CA杆作用于A点的弹力不一定沿CA杆方向
C．CA杆产生的弹力大小为20 N
D．若改为悬挂一个0.5 kg的物块，则AB杆上弹力变为原来的一半
[解析] AB杆对A点有沿杆从A点指向B点的拉力，A错误；由于是轻杆且通过铰链连接，则CA杆作用于A点的弹力一定沿CA杆方向，B错误；分析A点的受力，
由相似三角形可知：解得FCA＝2mg＝20 N，C正确；因则FAB＝15 N，若改为悬挂一个0.5 kg的物块，则AB杆上弹力为7.5 N，D正确。
[答案] CD
8．如图所示，在竖直平面内，固定有半圆弧轨道，其两端点M、N连线水平。将一轻质小环A套在轨道上，一细线穿过轻环A，一端系在M点，另一端系一质量为m的小球，小球恰好静止在图示位置。不计所有摩擦，重力加速度大小为g。下列说法正确的是( )
A．轨道对轻环的支持力大小为mg
B．细线对M点的拉力大小为mg
C．细线对轻环的作用力大小为mg
D．N点和轻环的连线与竖直方向的夹角为30°
解析：选D 轻环两边细线的拉力大小相等，均为FT＝mg，轻环两侧细线的拉力与轻环对圆弧轨道的压力的夹角相等，设为θ，
由OA＝OM知∠OMA＝∠MAO＝θ，则3θ＝90°，θ＝30°，轻环受力平衡，则轨道对轻环的支持力大小FN＝2mgcos 30°＝mg，A错误；细线对M点的拉力大小为mg，B错误；细线对轻环的作用力大小为FN′＝FN＝mg，C错误；由几何关系可知，N点和轻环的连线与竖直方向的夹角为30°，D正确。
9.如图所示，水平长为L、重为G的长方体工件放在水平地面上，弹性绳(可等效成轻弹簧)两端系在工件的两端，用光滑吊钩吊着弹性绳，当弹性绳刚要绷紧时，吊钩两侧弹性绳与水平方向的夹角θ为37°，将吊钩缓慢向上提起，当工件刚好要离开地面时，吊钩两侧弹性绳与水平方向的夹角θ为53°，弹性绳始终在弹性限度内，sin 37°＝0.6，则弹性绳的劲度系数为( )
A. B. C. D.
解析：选C 当工件刚要离开地面时，弹性绳的伸长量为x＝－＝L，设弹性绳上的弹力为F，则有2Fsin 53°＝G，解得F＝G，则弹性绳的劲度系数为k＝＝，选项C正确。
10．如图所示，水平横梁一端A插在墙壁内，另一端装有一小滑轮B。一轻绳的一端C固定于墙壁上，另一端跨过滑轮后悬挂一质量为m＝10 kg的重物，∠CBA＝30°，则滑轮受到绳子的作用力大小为(g取10 m/s2)( )
A．50 N B．60 N
C．120 N D．100 N
[解析] 轻绳跨过滑轮，BC段、BD段拉力F1＝F2＝mg＝100 N，夹角为120°，根据平行四边形定则，二力合成如图所示。
由于F1＝F2，所以平行四边形为菱形，又因为∠DBG＝60°，所以△BGD为等边三角形，所以F1、F2的合力F＝F1＝F2＝100 N，即绳子对滑轮的作用力大小为100 N，D正确。
[答案] D
11.如图为两种形式的吊车的示意图，OA为可绕O点转动的轻杆，重量不计，AB为缆绳，当它们吊起相同重物时，杆OA在图(a)、(b)中的受力分别为Fa、Fb，则下列关系正确的是( )
A．Fa＝Fb B．Fa>Fb
C．Fa
则由图(a)可得Fa＝Fa′＝2mgcos 30°＝mg
由图(b)可得tan 30°＝，则Fb＝Fb′＝mg，故Fa＝Fb。
[答案] A
12.如图所示，一物体在三根不可伸长的轻绳的作用下处于静止状态，ac轻绳与竖直方向成37°角，bc轻绳与竖直方向成53°角，已知ac轻绳与bc轻绳能够承受的最大拉力均为20 N，cd轻绳能够承受足够大的拉力，g取10 m/s2，sin 37°＝0.6，sin 53°＝0.8。则所挂物体的最大质量为( )
A．1.6 kg B．2.4 kg C．2.5 kg D．2.8 kg
[解析] 对结点c受力分析，由共点力平衡条件可得Tbc＝mgsin 37°＝0.6mg，Tac＝mgsin 53°＝0.8mg，可知Tac＞Tbc，则ac轻绳承受的最大拉力为20 N时，此时能悬挂物体的质量最大，则有m＝＝ kg＝2.5 kg，C正确。
[答案] C
13．如图所示，钉子A和小定滑轮B均固定在竖直墙面上，它们相隔一定距离且处于同一高度，细线的一端系有一小沙桶D，另一端跨过定滑轮B与动滑轮C后固定在钉子A上。质量为m的小球E与轻质动滑轮C固定连接。初始时整个系统处于静止状态，滑轮C两侧细线的夹角为74°。现缓慢地往沙桶添加细沙，当系统再次平衡时，滑轮C两侧细线的夹角为106°。不计一切摩擦，取cos 37°＝0.8，cos 53°＝0.6，则此过程中往沙桶D中添加的细沙质量为( )
A.m B.m
C.m D.m
[解析] 设初始时沙桶和沙的质量为m1，再次平衡时沙桶和沙的质量为m2，则添加细沙前后根据平衡条件有m1gcos 37°＝mg，m2gcos 53°＝mg，解得m2＝m，m1＝m，则Δm＝m2－m1＝m，C正确。
[答案] C
14．如图(a)，滑块在与水平方向夹角为37°斜向上的拉力F作用下，沿水平桌面做匀速直线运动。将该桌面倾斜成与水平方向夹角为37°，保持拉力的方向不变，大小变为2F，如图(b)，滑块恰好沿倾斜桌面向上做匀速直线运动。滑块与桌面间的动摩擦因数是( )
A. B. C. D.
解析：选A 设滑块质量为m，当滑块沿水平桌面做匀速直线运动，据平衡条件可得，在水平、竖直方向分别有Fcos 37°＝μN1，Fsin 37°＋N1＝mg，当滑块沿倾斜桌面向上做匀速直线运动，沿斜面方向、垂直斜面方向分别有2F＝mgsin 37°＋μN2，N2＝mgcos 37°，联立可解得μ＝，A正确。
15.如图所示，物体A靠在竖直墙面上，在力F作用下，A、B保持静止。物体B的受力个数为( )
A．2 B．3 C．4 D．5
解析：选C 先以物体A为研究对象，受力情况如图甲所示，此时，墙对物体A没有支持力(此结论可利用整体法得出)。再以物体B为研究对象，结合牛顿第三定律，其受力情况如图乙所示，即要保持物体B平衡，B应受到重力、压力、摩擦力、力F共4个力的作用。
16．历经一年多的改造，太原迎泽公园重新开园，保持原貌的七孔桥与新建的湖面码头，如图甲所示，为公园增色不少。如图乙是七孔桥正中央一孔，位于中央的楔形石块1，左侧面与竖直方向的夹角为θ，右侧面竖直。若接触面间的摩擦力忽略不计，则石块1左、右两侧面所受弹力的比值为( )
A. B．sin θ C. D.
解析：选C 对石块1受力分析如图所示，
有F1＝，F2＝，则石块1左、右两侧面所受弹力的比值＝，故C正确。
17.如图所示，一根直杆固定在水平地面上，与水平面成θ＝37°的倾角，杆上套着一个质量为m的圆环A，跨过定滑轮的细绳一端系在圆环A上，另一端系一物块B。细绳对圆环A的拉力方向是水平向左。设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，圆环A与直杆间动摩擦因数为μ＝0.5，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，要保证A不向上滑动，所悬挂的物块B质量不能超过( )
A．m B.m C.m D．2m
解析：选D 对圆环A受力分析，如图，
对物块B，由平衡条件可得T＝mBg，当圆环刚要上滑时，由平衡条件可得Tcos θ＝mgsin θ＋fm，fm＝μ(Tsin θ＋mgcos θ)，联立解得mB＝2m，即悬挂的物块B质量不能超过2m。故D正确。
培优第二阶——拓展培优练
18．(多选)如图所示，某中学新校区装修时，工人用质量为m的磨石对斜壁进行打磨，当对磨石施加方向竖直向上、大小为F的推力时，磨石恰好沿斜壁向上匀速运动，已知磨石与斜壁之间的动摩擦因数为μ，则磨石受到的摩擦力大小为( )
A．μ(F－mg)cos θ B．μ(F－mg)sin θ
C．(F－mg)cos θ D．μ(F－mg)
解析：选BC 磨石受重力、推力、斜壁的弹力及摩擦力而处于平衡状态，
由图可知，F一定大于重力；先将重力与向上的推力合成后，将二者的合力向垂直于斜面方向及沿斜面方向分解，可得在沿斜面方向有：f＝(F－mg)cos θ；在垂直于斜面方向上有：FN＝(F－mg)sin θ；则f＝(F－mg)cos θ＝μ(F－mg)sin θ，故B、C正确。
19．如图所示为一款吊床，用四根长均为L的粗麻绳将床悬空吊起，绳与床连接点到天花板的竖直距离为0.9L，床及床上物品的总质量为m，绳的重力不计，则每根绳上的张力大小为( )
A.mg B.mg C.mg D.mg
解析：选A 设每根绳子的张力为T，绳子与竖直方向的夹角为θ，根据几何知识有cos θ＝＝0.9，对吊床，根据平衡条件可得4Tcos θ＝mg，则每根绳上的张力大小为T＝mg，A正确。
20.被誉为“中国天眼”的射电天文望远镜(FAST)如图所示，质量为3×104 kg的馈源舱用对称的六索六塔装置悬吊在球面镜正上方，相邻塔顶的水平距离为300 m，每根连接塔顶和馈源舱的绳索长600 m，不计绳索重力，则每根绳索承受的拉力大约为( )
A．4×105 N B．6×104 N
C．1×105 N D．3×104 N
解析：选B 将各塔顶连接起来，得到正六边形，由几何关系可得馈源舱到塔顶的水平距离等于相邻塔顶的水平距离为300 m，则可知每根绳索与竖直方向的夹角为30°，由平衡条件可得6Fcos 30°＝mg，解得F＝≈6×104 N，所以B正确，A、C、D错误。
21．如图所示，用轻绳系住一质量为2m的匀质大球，大球和墙壁之间放置一质量为m的匀质小球，各接触面均光滑。系统平衡时，绳与竖直墙壁之间的夹角为α，两球心连线O1O2与轻绳之间的夹角为β，则α、β应满足( )
A．tan α＝3cot β B．2tan α＝3cot β
C．3tan α＝tan(α＋β) D．3tan α＝2tan(α＋β)
解析：选C 设绳子拉力为T，墙壁支持力为N，两球之间的压力为F，将两个球作为一个整体进行受力分析，可得Tcos α＝2mg＋mg，Tsin α＝N，对小球进行受力分析，可得Fcos(α＋β)＝mg，Fsin(α＋β)＝N，联立得3tan α＝tan(α＋β)，故C正确。
22．如图所示，用AC、CD两根轻绳将物块悬于水平轻杆BC的下方，其中B为光滑转轴，C为结点，轻杆BC始终保持水平，重物静止不动。已知物块质量为m，重力加速度为g。设AC、CD绳的拉力分别为FAC、FCD。下列选项正确的是( )
A．FAC＞mg
B．FCD＞mg
C．若A点上移，则FAC变大
D．若A点下移，则FCD变大
解析：选A C点的受力如图所示，
则有FACsin α＝FCD，FCD＝mg，则FAC＝＝，所以FAC＞mg，故A正确，B、D错误；若A点上移，α变大，sin α变大，所以FAC变小，故C错误。
23.如图所示，总重为G的吊灯用三条长度相同的轻绳悬挂在天花板上，每条轻绳与竖直方向的夹角均为θ，则每条轻绳对吊灯的拉力大小为( )
A. B.
C.Gcos θ D.Gsin θ
答案 A
解析 对吊灯，由平衡条件可知：3FTcos θ＝G，解得FT＝，故选A.
24.如图，两个轻环a和b套在位于竖直面内的一段固定圆弧上；一细线穿过两轻环，其两端各系一质量为m的小球.在a和b之间的细线上悬挂一小物块.平衡时，a、b间的距离恰好等于圆弧的半径.不计所有摩擦.小物块的质量为( )
A. B.m C.m D.2m
答案 C
解析 如图所示，圆弧的圆心为O，悬挂小物块的点为c，
由于ab＝R，则△aOb为等边三角形，同一条细线上的拉力相等，FT＝mg，合力沿Oc方向，则Oc为角平分线，由几何关系知，∠acb＝120°，故线的拉力的合力与物块的重力大小相等，即每条细线上的拉力FT＝G＝mg，所以小物块质量为m，故C对.
25．筷子是中国人常用的饮食工具，也是中华饮食文化的标志之一。筷子在先秦时称为“梜”，汉代时称“箸”，明代开始称“筷”。如图所示，用筷子夹质量为m的小球，筷子均在竖直平面内，且筷子和竖直方向的夹角均为θ，为使小球静止，求每根筷子对小球的压力N的取值范围。已知小球与筷子之间的动摩擦因数为μ(μ＜tan θ)，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度为g。
[解析] 筷子对小球的压力太小时，小球有下滑的趋势，最大静摩擦力沿筷子向上，如图甲所示。
小球平衡时，有2Nsin θ＋2fcos θ＝mg
f＝μN
联立解得N＝
筷子对小球的压力太大时，小球有上滑的趋势，最大静摩擦力沿筷子向下，如图乙所示。
小球平衡时，有
2N′sin θ＝mg＋2f′cos θ
f′＝μN′
联立解得N′＝
综上，筷子对小球的压力的取值范围为：≤N≤。
[答案] ≤N≤
26.如图所示，质量M＝2 kg的木块A套在水平杆上，并用轻绳将木块A与质量m＝ kg的小球相连。今用与水平方向成α＝30°角的力F＝10 N，拉着球带动木块一起向右匀速运动，运动中M、m相对位置保持不变，取g＝10 m/s2。求：
(1)运动过程中轻绳与水平方向的夹角θ；
(2)木块与水平杆间的动摩擦因数μ。
解析：(1)设轻绳对小球的拉力为FT，小球受力如图甲所示，由平衡条件可得Fcos 30°－FTcos θ＝0
Fsin 30°＋FTsin θ－mg＝0
解得FT＝10 N，θ＝30°。
(2)以木块和小球组成的整体为研究对象，受力分析如图乙所示，由平衡条件得Fcos 30°－Ff＝0
FN＋Fsin 30°－(M＋m)g＝0
又Ff＝μFN，解得μ＝。
答案：(1)30° (2)
27.表面光滑、半径为R的半球固定在水平地面上，球心O的正上方O′处有一无摩擦定滑轮，轻质细绳两端各系一个可视为质点的小球挂在定滑轮上，如图所示。两小球平衡时，若滑轮两侧细绳的长度分别为L1＝2.4R和L2＝2.5R，则这两个小球的质量之比为，小球与半球之间的压力之比为，则以下说法正确的是( )
A.＝ B.＝
C.＝1 D.＝
解析：选B 先以左侧小球为研究对象，分析受力情况：重力m1g、绳子的拉力T和半球的支持力N1，作出受力示意图。
由平衡条件得知，拉力T和支持力N1的合力与重力m1g大小相等、方向相反。
设OO′＝h，根据三角形相似得：＝＝，
同理，对右侧小球，有：＝＝，
解得：m1g＝，①
m2g＝②
N1＝③
N2＝④
由①∶②得：m1∶m2＝L2∶L1＝25∶24，
由③∶④得：N1∶N2＝m1∶m2＝L2∶L1＝25∶24，
故A、C、D错误，B正确。
培优第三阶——高考沙场点兵
28．如图所示，一轻质光滑定滑轮固定在倾斜木板上，质量分别为m和2m的物块A、B，通过不可伸长的轻绳跨过滑轮连接，A、B间的接触面和轻绳均与木板平行。A与B间、B与木板间的动摩擦因数均为μ，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力。当木板与水平面的夹角为45°时，物块A、B刚好要滑动，则μ的值为( )
A. B. C. D.
[解析] 根据题述，物块A、B刚要滑动，可知A、B之间的摩擦力fAB＝μmgcos 45°，B与木板之间的摩擦力f＝μ·3mgcos 45°。隔离A分析受力，由平衡条件可得轻绳中拉力F＝fAB＋mgsin 45°。对A、B整体，由平衡条件：2F＝3mgsin 45°－f，联立解得：μ＝，C正确。
[答案] C
29．(2021·海南高考)如图，V型对接的绝缘斜面M、N固定在水平面上，两斜面与水平面夹角均为α＝60°，其中斜面N光滑。两个质量相同的带电小滑块P、Q分别静止在M、N上，P、Q连线垂直于斜面M，已知最大静摩擦力等于滑动摩擦力。则P与M间的动摩擦因数至少为( )
A. B. C. D.
解析：选D 滑块Q在光滑斜面N上静止，则P与Q带电同性，设两者之间的库仑斥力为F，两滑块的受力分析和角度关系如图所示，
对滑块Q在沿着斜面方向有mgcos 30°＝Fcos 30°，可得F＝mg，P与M间动摩擦因数最小时有N2＝F＋mgsin 30°，f＝μN2，f＝mgcos 30°，联立解得μ＝，故D正确。
30．（2022-浙江6月）如图所示，一轻质晒衣架静置于水平地面上，水平横杆与四根相同的斜杆垂直，两斜杆夹角°。一重为的物体悬挂在横杆中点，则每根斜杆受到地面的（ ）
A. 作用力为 B. 作用力为
C. 摩擦力为 D. 摩擦力为
【答案】B
【解析】设斜杆的弹力大小为，以水平横杆和重物为整体，竖直方向根据受力平衡可得
解得
以其中一斜杆为研究对象，其受力如图所示
可知每根斜杆受到地面的作用力应与平衡，即大小为，每根斜杆受到地面的摩擦力为
B正确，ACD错误；
故选B。
第5课 共点力的平衡（静态平衡）
课后培优练级练
培优第一阶——基础过关练
1.(多选)如图所示，固定斜面上有一光滑小球，与一竖直轻弹簧P和一平行斜面的轻弹簧Q连接着，小球处于静止状态，则关于小球所受力的个数可能的是( )
A．1 B．2 C．3 D．4
解析：选BCD 设小球质量为m，若FP＝mg，则小球只受拉力FP和重力mg两个力作用；若FP
A.G B.G C.G D．G
解析：选A 由对称性知，地面对A、B、C每个球的支持力相等，设为FN，对整体受力分析，据平衡条件可得3FN＝4G，可知地面对每个球的支持力FN＝G。据牛顿第三定律可得，球A对地面的压力F压＝FN＝G，故A正确。
3．如图所示，光滑半球形容器固定在水平面上，O为球心。一质量为m的小滑块，在水平力F的作用下静止于P点。设滑块所受支持力为FN，OP与水平方向的夹角为θ。下列关系式正确的是( )
A．F＝ B．F＝mgtan θ
C．FN＝ D．FN＝mgtan θ
[解析] 法一：合成法
滑块受力如图甲所示，由平衡条件知：＝tan θ，＝sin θ，解得F＝，FN＝。
法二：分解法
将滑块所受重力按产生的效果分解，如图乙所示，F＝G2＝，FN＝G1＝。
[答案] A
4．如图所示，一卡车沿倾角为15°的下坡路段匀速行驶，一质量为m的匀质圆筒置于车厢内两固定光滑斜面之间，两斜面Ⅰ、Ⅱ与车厢底板的夹角分别为30°和60°，圆筒对斜面Ⅰ、Ⅱ压力的大小分别为F1、F2，则( )
A．F1＝mg、F2＝mg
B．F1＝mg、F2＝mg
C．F1＝mg、F2＝mg
D．F1＝mg、F2＝mg
解析：选A 对圆筒受力分析如图所示，
由几何关系可得F1、F2与竖直方向夹角都为45°，由平衡条件可得
F1＝mgcos 45°＝mg，
F2＝mgsin 45°＝mg，
所以A正确，B、C、D错误。
5.如图所示，质量为M的四分之一圆柱体放在粗糙水平地面上，质量为m的正方体放在圆柱体和光滑墙壁之间，且不计圆柱体与正方体之间的摩擦，正方体与圆柱体的接触点的切线与右侧墙壁成θ角，圆柱体处于静止状态。则( )
A．地面对圆柱体的支持力为Mg
B．地面对圆柱体的摩擦力为mgtan θ
C．墙壁对正方体的弹力为
D．正方体对圆柱体的压力为
解析：选C 以正方体为研究对象，受力分析，并运用合成法如图所示。
由几何知识得，墙壁对正方体的弹力N1＝
圆柱体对正方体的弹力N2＝，根据牛顿第三定律，
则正方体对圆柱体的压力为
以圆柱体和正方体为研究对象，竖直方向受力平衡，
地面对圆柱体的支持力：N＝(M＋m)g
水平方向受力平衡，地面对圆柱体的摩擦力：
f＝N1＝，故C正确。
6.如图所示，对称晾挂在光滑等腰三角形衣架上的衣服质量为M，衣架顶角为120°，重力加速度为g，则衣架右侧对衣服的作用力大小为( )
A.Mg B.Mg
C.Mg D．Mg
解析：选B 以衣服为研究对象，受力分析如图所示，
由几何关系得F与竖直方向的夹角为30°，由共点力的平衡条件可得，2Fcos 30°＝Mg，解得F＝Mg，故选项B正确。
7．(多选)两轻杆通过铰链相连构成一个三角形框架，AB、BC、CA三边长度分别为30 cm、20 cm、40 cm，在A点用一细线悬挂1 kg的物块，系统处于静止状态，则(g取10 m/s2)( )
A．AB杆对A点有沿杆从B点指向A点的弹力
B．CA杆作用于A点的弹力不一定沿CA杆方向
C．CA杆产生的弹力大小为20 N
D．若改为悬挂一个0.5 kg的物块，则AB杆上弹力变为原来的一半
[解析] AB杆对A点有沿杆从A点指向B点的拉力，A错误；由于是轻杆且通过铰链连接，则CA杆作用于A点的弹力一定沿CA杆方向，B错误；分析A点的受力，
由相似三角形可知：解得FCA＝2mg＝20 N，C正确；因则FAB＝15 N，若改为悬挂一个0.5 kg的物块，则AB杆上弹力为7.5 N，D正确。
[答案] CD
8．如图所示，在竖直平面内，固定有半圆弧轨道，其两端点M、N连线水平。将一轻质小环A套在轨道上，一细线穿过轻环A，一端系在M点，另一端系一质量为m的小球，小球恰好静止在图示位置。不计所有摩擦，重力加速度大小为g。下列说法正确的是( )
A．轨道对轻环的支持力大小为mg
B．细线对M点的拉力大小为mg
C．细线对轻环的作用力大小为mg
D．N点和轻环的连线与竖直方向的夹角为30°
解析：选D 轻环两边细线的拉力大小相等，均为FT＝mg，轻环两侧细线的拉力与轻环对圆弧轨道的压力的夹角相等，设为θ，
由OA＝OM知∠OMA＝∠MAO＝θ，则3θ＝90°，θ＝30°，轻环受力平衡，则轨道对轻环的支持力大小FN＝2mgcos 30°＝mg，A错误；细线对M点的拉力大小为mg，B错误；细线对轻环的作用力大小为FN′＝FN＝mg，C错误；由几何关系可知，N点和轻环的连线与竖直方向的夹角为30°，D正确。
9.如图所示，水平长为L、重为G的长方体工件放在水平地面上，弹性绳(可等效成轻弹簧)两端系在工件的两端，用光滑吊钩吊着弹性绳，当弹性绳刚要绷紧时，吊钩两侧弹性绳与水平方向的夹角θ为37°，将吊钩缓慢向上提起，当工件刚好要离开地面时，吊钩两侧弹性绳与水平方向的夹角θ为53°，弹性绳始终在弹性限度内，sin 37°＝0.6，则弹性绳的劲度系数为( )
A. B. C. D.
解析：选C 当工件刚要离开地面时，弹性绳的伸长量为x＝－＝L，设弹性绳上的弹力为F，则有2Fsin 53°＝G，解得F＝G，则弹性绳的劲度系数为k＝＝，选项C正确。
10．如图所示，水平横梁一端A插在墙壁内，另一端装有一小滑轮B。一轻绳的一端C固定于墙壁上，另一端跨过滑轮后悬挂一质量为m＝10 kg的重物，∠CBA＝30°，则滑轮受到绳子的作用力大小为(g取10 m/s2)( )
A．50 N B．60 N
C．120 N D．100 N
[解析] 轻绳跨过滑轮，BC段、BD段拉力F1＝F2＝mg＝100 N，夹角为120°，根据平行四边形定则，二力合成如图所示。
由于F1＝F2，所以平行四边形为菱形，又因为∠DBG＝60°，所以△BGD为等边三角形，所以F1、F2的合力F＝F1＝F2＝100 N，即绳子对滑轮的作用力大小为100 N，D正确。
[答案] D
11.如图为两种形式的吊车的示意图，OA为可绕O点转动的轻杆，重量不计，AB为缆绳，当它们吊起相同重物时，杆OA在图(a)、(b)中的受力分别为Fa、Fb，则下列关系正确的是( )
A．Fa＝Fb B．Fa>Fb
C．Fa
则由图(a)可得Fa＝Fa′＝2mgcos 30°＝mg
由图(b)可得tan 30°＝，则Fb＝Fb′＝mg，故Fa＝Fb。
[答案] A
12.如图所示，一物体在三根不可伸长的轻绳的作用下处于静止状态，ac轻绳与竖直方向成37°角，bc轻绳与竖直方向成53°角，已知ac轻绳与bc轻绳能够承受的最大拉力均为20 N，cd轻绳能够承受足够大的拉力，g取10 m/s2，sin 37°＝0.6，sin 53°＝0.8。则所挂物体的最大质量为( )
A．1.6 kg B．2.4 kg C．2.5 kg D．2.8 kg
[解析] 对结点c受力分析，由共点力平衡条件可得Tbc＝mgsin 37°＝0.6mg，Tac＝mgsin 53°＝0.8mg，可知Tac＞Tbc，则ac轻绳承受的最大拉力为20 N时，此时能悬挂物体的质量最大，则有m＝＝ kg＝2.5 kg，C正确。
[答案] C
13．如图所示，钉子A和小定滑轮B均固定在竖直墙面上，它们相隔一定距离且处于同一高度，细线的一端系有一小沙桶D，另一端跨过定滑轮B与动滑轮C后固定在钉子A上。质量为m的小球E与轻质动滑轮C固定连接。初始时整个系统处于静止状态，滑轮C两侧细线的夹角为74°。现缓慢地往沙桶添加细沙，当系统再次平衡时，滑轮C两侧细线的夹角为106°。不计一切摩擦，取cos 37°＝0.8，cos 53°＝0.6，则此过程中往沙桶D中添加的细沙质量为( )
A.m B.m
C.m D.m
[解析] 设初始时沙桶和沙的质量为m1，再次平衡时沙桶和沙的质量为m2，则添加细沙前后根据平衡条件有m1gcos 37°＝mg，m2gcos 53°＝mg，解得m2＝m，m1＝m，则Δm＝m2－m1＝m，C正确。
[答案] C
14．如图(a)，滑块在与水平方向夹角为37°斜向上的拉力F作用下，沿水平桌面做匀速直线运动。将该桌面倾斜成与水平方向夹角为37°，保持拉力的方向不变，大小变为2F，如图(b)，滑块恰好沿倾斜桌面向上做匀速直线运动。滑块与桌面间的动摩擦因数是( )
A. B. C. D.
解析：选A 设滑块质量为m，当滑块沿水平桌面做匀速直线运动，据平衡条件可得，在水平、竖直方向分别有Fcos 37°＝μN1，Fsin 37°＋N1＝mg，当滑块沿倾斜桌面向上做匀速直线运动，沿斜面方向、垂直斜面方向分别有2F＝mgsin 37°＋μN2，N2＝mgcos 37°，联立可解得μ＝，A正确。
15.如图所示，物体A靠在竖直墙面上，在力F作用下，A、B保持静止。物体B的受力个数为( )
A．2 B．3 C．4 D．5
解析：选C 先以物体A为研究对象，受力情况如图甲所示，此时，墙对物体A没有支持力(此结论可利用整体法得出)。再以物体B为研究对象，结合牛顿第三定律，其受力情况如图乙所示，即要保持物体B平衡，B应受到重力、压力、摩擦力、力F共4个力的作用。
16．历经一年多的改造，太原迎泽公园重新开园，保持原貌的七孔桥与新建的湖面码头，如图甲所示，为公园增色不少。如图乙是七孔桥正中央一孔，位于中央的楔形石块1，左侧面与竖直方向的夹角为θ，右侧面竖直。若接触面间的摩擦力忽略不计，则石块1左、右两侧面所受弹力的比值为( )
A. B．sin θ C. D.
解析：选C 对石块1受力分析如图所示，
有F1＝，F2＝，则石块1左、右两侧面所受弹力的比值＝，故C正确。
17.如图所示，一根直杆固定在水平地面上，与水平面成θ＝37°的倾角，杆上套着一个质量为m的圆环A，跨过定滑轮的细绳一端系在圆环A上，另一端系一物块B。细绳对圆环A的拉力方向是水平向左。设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，圆环A与直杆间动摩擦因数为μ＝0.5，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，要保证A不向上滑动，所悬挂的物块B质量不能超过( )
A．m B.m C.m D．2m
解析：选D 对圆环A受力分析，如图，
对物块B，由平衡条件可得T＝mBg，当圆环刚要上滑时，由平衡条件可得Tcos θ＝mgsin θ＋fm，fm＝μ(Tsin θ＋mgcos θ)，联立解得mB＝2m，即悬挂的物块B质量不能超过2m。故D正确。
培优第二阶——拓展培优练
18．(多选)如图所示，某中学新校区装修时，工人用质量为m的磨石对斜壁进行打磨，当对磨石施加方向竖直向上、大小为F的推力时，磨石恰好沿斜壁向上匀速运动，已知磨石与斜壁之间的动摩擦因数为μ，则磨石受到的摩擦力大小为( )
A．μ(F－mg)cos θ B．μ(F－mg)sin θ
C．(F－mg)cos θ D．μ(F－mg)
解析：选BC 磨石受重力、推力、斜壁的弹力及摩擦力而处于平衡状态，
由图可知，F一定大于重力；先将重力与向上的推力合成后，将二者的合力向垂直于斜面方向及沿斜面方向分解，可得在沿斜面方向有：f＝(F－mg)cos θ；在垂直于斜面方向上有：FN＝(F－mg)sin θ；则f＝(F－mg)cos θ＝μ(F－mg)sin θ，故B、C正确。
19．如图所示为一款吊床，用四根长均为L的粗麻绳将床悬空吊起，绳与床连接点到天花板的竖直距离为0.9L，床及床上物品的总质量为m，绳的重力不计，则每根绳上的张力大小为( )
A.mg B.mg C.mg D.mg
解析：选A 设每根绳子的张力为T，绳子与竖直方向的夹角为θ，根据几何知识有cos θ＝＝0.9，对吊床，根据平衡条件可得4Tcos θ＝mg，则每根绳上的张力大小为T＝mg，A正确。
20.被誉为“中国天眼”的射电天文望远镜(FAST)如图所示，质量为3×104 kg的馈源舱用对称的六索六塔装置悬吊在球面镜正上方，相邻塔顶的水平距离为300 m，每根连接塔顶和馈源舱的绳索长600 m，不计绳索重力，则每根绳索承受的拉力大约为( )
A．4×105 N B．6×104 N
C．1×105 N D．3×104 N
解析：选B 将各塔顶连接起来，得到正六边形，由几何关系可得馈源舱到塔顶的水平距离等于相邻塔顶的水平距离为300 m，则可知每根绳索与竖直方向的夹角为30°，由平衡条件可得6Fcos 30°＝mg，解得F＝≈6×104 N，所以B正确，A、C、D错误。
21．如图所示，用轻绳系住一质量为2m的匀质大球，大球和墙壁之间放置一质量为m的匀质小球，各接触面均光滑。系统平衡时，绳与竖直墙壁之间的夹角为α，两球心连线O1O2与轻绳之间的夹角为β，则α、β应满足( )
A．tan α＝3cot β B．2tan α＝3cot β
C．3tan α＝tan(α＋β) D．3tan α＝2tan(α＋β)
解析：选C 设绳子拉力为T，墙壁支持力为N，两球之间的压力为F，将两个球作为一个整体进行受力分析，可得Tcos α＝2mg＋mg，Tsin α＝N，对小球进行受力分析，可得Fcos(α＋β)＝mg，Fsin(α＋β)＝N，联立得3tan α＝tan(α＋β)，故C正确。
22．如图所示，用AC、CD两根轻绳将物块悬于水平轻杆BC的下方，其中B为光滑转轴，C为结点，轻杆BC始终保持水平，重物静止不动。已知物块质量为m，重力加速度为g。设AC、CD绳的拉力分别为FAC、FCD。下列选项正确的是( )
A．FAC＞mg
B．FCD＞mg
C．若A点上移，则FAC变大
D．若A点下移，则FCD变大
解析：选A C点的受力如图所示，
则有FACsin α＝FCD，FCD＝mg，则FAC＝＝，所以FAC＞mg，故A正确，B、D错误；若A点上移，α变大，sin α变大，所以FAC变小，故C错误。
23.如图所示，总重为G的吊灯用三条长度相同的轻绳悬挂在天花板上，每条轻绳与竖直方向的夹角均为θ，则每条轻绳对吊灯的拉力大小为( )
A. B.
C.Gcos θ D.Gsin θ
答案 A
解析 对吊灯，由平衡条件可知：3FTcos θ＝G，解得FT＝，故选A.
24.如图，两个轻环a和b套在位于竖直面内的一段固定圆弧上；一细线穿过两轻环，其两端各系一质量为m的小球.在a和b之间的细线上悬挂一小物块.平衡时，a、b间的距离恰好等于圆弧的半径.不计所有摩擦.小物块的质量为( )
A. B.m C.m D.2m
答案 C
解析 如图所示，圆弧的圆心为O，悬挂小物块的点为c，
由于ab＝R，则△aOb为等边三角形，同一条细线上的拉力相等，FT＝mg，合力沿Oc方向，则Oc为角平分线，由几何关系知，∠acb＝120°，故线的拉力的合力与物块的重力大小相等，即每条细线上的拉力FT＝G＝mg，所以小物块质量为m，故C对.
25．筷子是中国人常用的饮食工具，也是中华饮食文化的标志之一。筷子在先秦时称为“梜”，汉代时称“箸”，明代开始称“筷”。如图所示，用筷子夹质量为m的小球，筷子均在竖直平面内，且筷子和竖直方向的夹角均为θ，为使小球静止，求每根筷子对小球的压力N的取值范围。已知小球与筷子之间的动摩擦因数为μ(μ＜tan θ)，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度为g。
[解析] 筷子对小球的压力太小时，小球有下滑的趋势，最大静摩擦力沿筷子向上，如图甲所示。
小球平衡时，有2Nsin θ＋2fcos θ＝mg
f＝μN
联立解得N＝
筷子对小球的压力太大时，小球有上滑的趋势，最大静摩擦力沿筷子向下，如图乙所示。
小球平衡时，有
2N′sin θ＝mg＋2f′cos θ
f′＝μN′
联立解得N′＝
综上，筷子对小球的压力的取值范围为：≤N≤。
[答案] ≤N≤
26.如图所示，质量M＝2 kg的木块A套在水平杆上，并用轻绳将木块A与质量m＝ kg的小球相连。今用与水平方向成α＝30°角的力F＝10 N，拉着球带动木块一起向右匀速运动，运动中M、m相对位置保持不变，取g＝10 m/s2。求：
(1)运动过程中轻绳与水平方向的夹角θ；
(2)木块与水平杆间的动摩擦因数μ。
解析：(1)设轻绳对小球的拉力为FT，小球受力如图甲所示，由平衡条件可得Fcos 30°－FTcos θ＝0
Fsin 30°＋FTsin θ－mg＝0
解得FT＝10 N，θ＝30°。
(2)以木块和小球组成的整体为研究对象，受力分析如图乙所示，由平衡条件得Fcos 30°－Ff＝0
FN＋Fsin 30°－(M＋m)g＝0
又Ff＝μFN，解得μ＝。
答案：(1)30° (2)
27.表面光滑、半径为R的半球固定在水平地面上，球心O的正上方O′处有一无摩擦定滑轮，轻质细绳两端各系一个可视为质点的小球挂在定滑轮上，如图所示。两小球平衡时，若滑轮两侧细绳的长度分别为L1＝2.4R和L2＝2.5R，则这两个小球的质量之比为，小球与半球之间的压力之比为，则以下说法正确的是( )
A.＝ B.＝
C.＝1 D.＝
解析：选B 先以左侧小球为研究对象，分析受力情况：重力m1g、绳子的拉力T和半球的支持力N1，作出受力示意图。
由平衡条件得知，拉力T和支持力N1的合力与重力m1g大小相等、方向相反。
设OO′＝h，根据三角形相似得：＝＝，
同理，对右侧小球，有：＝＝，
解得：m1g＝，①
m2g＝②
N1＝③
N2＝④
由①∶②得：m1∶m2＝L2∶L1＝25∶24，
由③∶④得：N1∶N2＝m1∶m2＝L2∶L1＝25∶24，
故A、C、D错误，B正确。
培优第三阶——高考沙场点兵
28．如图所示，一轻质光滑定滑轮固定在倾斜木板上，质量分别为m和2m的物块A、B，通过不可伸长的轻绳跨过滑轮连接，A、B间的接触面和轻绳均与木板平行。A与B间、B与木板间的动摩擦因数均为μ，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力。当木板与水平面的夹角为45°时，物块A、B刚好要滑动，则μ的值为( )
A. B. C. D.
[解析] 根据题述，物块A、B刚要滑动，可知A、B之间的摩擦力fAB＝μmgcos 45°，B与木板之间的摩擦力f＝μ·3mgcos 45°。隔离A分析受力，由平衡条件可得轻绳中拉力F＝fAB＋mgsin 45°。对A、B整体，由平衡条件：2F＝3mgsin 45°－f，联立解得：μ＝，C正确。
[答案] C
29．(2021·海南高考)如图，V型对接的绝缘斜面M、N固定在水平面上，两斜面与水平面夹角均为α＝60°，其中斜面N光滑。两个质量相同的带电小滑块P、Q分别静止在M、N上，P、Q连线垂直于斜面M，已知最大静摩擦力等于滑动摩擦力。则P与M间的动摩擦因数至少为( )
A. B. C. D.
解析：选D 滑块Q在光滑斜面N上静止，则P与Q带电同性，设两者之间的库仑斥力为F，两滑块的受力分析和角度关系如图所示，
对滑块Q在沿着斜面方向有mgcos 30°＝Fcos 30°，可得F＝mg，P与M间动摩擦因数最小时有N2＝F＋mgsin 30°，f＝μN2，f＝mgcos 30°，联立解得μ＝，故D正确。
30．（2022-浙江6月）如图所示，一轻质晒衣架静置于水平地面上，水平横杆与四根相同的斜杆垂直，两斜杆夹角°。一重为的物体悬挂在横杆中点，则每根斜杆受到地面的（ ）
A. 作用力为 B. 作用力为
C. 摩擦力为 D. 摩擦力为
【答案】B
【解析】设斜杆的弹力大小为，以水平横杆和重物为整体，竖直方向根据受力平衡可得
解得
以其中一斜杆为研究对象，其受力如图所示
可知每根斜杆受到地面的作用力应与平衡，即大小为，每根斜杆受到地面的摩擦力为
B正确，ACD错误；
故选B。
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